Covalent Encapsulation of Sulfur in a MOF‐Derived S, N‐Doped Porous Carbon Host Realized via the Vapor‐Infiltration Method Results in Enhanced Sodium–Sulfur Battery Performance

材料科学 硫黄 多硫化物 多孔性 化学工程 电化学 共价键 复合数 无机化学 电解质 锂硫电池 电极 复合材料 有机化学 化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Fengping Xiao,Xuming Yang,Hongkang Wang,Jun Xu,Yulong Liu,Denis Y. W. Yu,Andrey L. Rogach
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (23) 被引量:169
标识
DOI:10.1002/aenm.202000931
摘要

Abstract Practical applications of room temperature sodium–sulfur batteries are still inhibited by the poor conductivity and slow reaction kinetics of sulfur, and dissolution of intermediate polysulfides in the commonly used electrolytes. To address these issues, starting from a novel 3D Zn‐based metal–organic framework with 2,5‐thiophenedicarboxylic acid and 1,4‐bis(pyrid‐4‐yl) benzene as ligands, a S, N‐doped porous carbon host with 3D tubular holes for sulfur storage is fabricated. In contrast to the commonly used melt‐diffusion method to confine sulfur physically, a vapor‐infiltration method is utilized to achieve sulfur/carbon composite with covalent bonds, which can join electrochemical reaction without low voltage activation. A polydopamine derived N‐doped carbon layer is further coated on the composite to confine the high‐temperature‐induced gas‐phase sulfur inside the host. S and N dopants increase the polarity of the carbon host to restrict diffusion of sulfur, and its 3D porous structure provides a large storage area for sulfur. As a result, the obtained composite shows outstanding electrochemical performance with 467 mAh g −1 (1262 mAh g −1 (sulfur) ) at 0.1 A g −1 , 270 mAh g −1 (730 mAh g −1 (sulfur) ) after 1000 cycles at 1 A g −1 and 201 mAh g −1 (543 mAh g −1 (sulfur) ) at 5.0 A g −1 .
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